Chapitre 4

Ch.IV. Centaures et
Objects Transneptuniens
E.Jehin 2009
Pluton
et Charon
- 1846 : prédiction de la position d’une nouvelle planète sur base des perturbations de l’orbite
d’Uranus (par Urbain Le Verrier)  découverte de Neptune par J.G. Galle 5 jours + tard
- Orbite d’Uranus encore perturbée par une autre planète X ? Recherches de 1906 à 1916
par Lowell, en 1915 (non reconnue) + 1929-1930 « blink comparator » (Tombaught, Flagstaff)
- Headlines : +1000 noms proposés:
Clyde Tombaught
Minerva, Cronus , Pluto (Venitia Burney 11 ans)
Pluto : dieu romain des enfers, PL (Percival Lowell)  Disney, plutonium…
-1978 : découverte du gros satellite Charon
 masse de Pluton de 1 m (1931), 1/10 m (1948)
à seulement 0.24% de la Terre
 Voyager (1989) Neptune : plus besoin planète X
q=29.3 ua Q=49.3 ua e=0.25 P=248 ans i=17°
résonance 2:3 avec Neptune (~500 ans)
- Origine : satellite de Neptune échappé ?
 Kuiper Belt Object (KBO) 1992
Orbite causée par la migration de Neptune vers KB
(modèle de Nice) capture de Triton
 ~ 1000 objects comme Pluton à l’origine
mv ~ 15.0 (13.7 périhélie) , Ø = 0.07-0.11"
Ø = 2300 km (m=18% lune) , volume = 0.66% terre
Albedo = 0.49-0.66 (35% var., glace de méthane)
σ ~ 2.0 g/cm3 (50-70% roches + 50%-30% glace)
T ~ 45 K
Surface : 98% N2 ice + CH4, CO ices
Fine atmosphère (ocultation) : N2, CH4, CO
Rotation : 6 jours 9h
1 gros satellite : Charon (1200 km) ~planète double
(barycentre en dehors de Pluton), « tidal lock »
+ Nix and Hydra (2005) Ø ~ 80-90 km
Meilleure image de Pluton (HST)
Pluton
et Charon
1.N2 – 2. H2O – 3. rock
Corps différencié
Spectre IR de Pluton : CH4 , N2, CO , H2O est aussi détectée
mv ~ 15.0 (13.7 périhélie) , Ø = 0.07-0.11"
Ø = 2300 km (m=18% lune) , volume = 0.66% terre
Albedo = 0.49-0.66 (35% var., glace de méthane)
σ ~ 2.0 g/cm3 (50-70% roches + 50%-30% glace)
T ~ 45 K
Surface : 98% N2 ice + CH4, CO ices
Fine atmosphère (ocultation) : N2, CH4, CO
Rotation : 6 jours 9h
1 gros satellite : Charon (1200 km) ~planète double
(barycentre en dehors de Pluton), « tidal lock »
+ Nix and Hydra (2005) Ø ~ 80-90 km
Triton, un TNO ?
Plus gros satellite de Neptune :
KBO capturé ? ↔ Pluton
Ø = 2704 km
σ = 2.05 g/cm3 albédo = 0.7
Zones bleutées : dépots de glace
Peu de cratères, surface jeune < 50 106 ans
Surface : glaces de N2 (~55%), H2O (~25%),
CO2 (~25%) + 0.1% CH4 (rouge)
Fine atmosphère de N2
geysers (cryovolcanisme N2 , CH4 liquide)
Corps différencié : noyau roche/métal, manteau H2O
(~liquide ? décroissance radioactive), croûte H2O etc.
Nouvelle classification
IAU XXVIth General Assembly
24 août 2006
« The definition stinks, for technical reasons. » Alan Stern
“ through this whole
crazy circus-like
procedure, somehow
the right answer was
stumbled on. It’s been a
long time coming.
Science is selfcorrecting eventually,
even when strong
emotions are involved.“
Pluton perd son statut de planète après 76 ans
pour « être dégradée » au rang de planète
Naine : (134340) Pluton
Classification : Pluton est une planète naine,
un plutoïde, un plutino, un KBO, un TNO …
Mike Brown
(découvreur de Eris)
Les centaures
Astéroïdes glacés (mi-astéroïdes, mi-comètes), sur des orbites instables
transitoires (temps de vie ~ < 107 ans  éjection du système solaire) entre Jupiter
et Neptune (q>5.2 ua et a<30 ua) et qui croisent ou ont traversé l’orbite d’une
planète géante. Origine dans la ceinture de Kuiper.
- premier découvert 944 Hidalgo (1930), Chiron (1977)  famille
- 2060 Chiron, 60558 Echeclus, and 166P/NEAT pour q<5 ua : présence d’une
coma transitoire  classification comète et astéroïde
- Le plus gros Chariklo ~260 km (taille moyenne
des astéroïdes de la CPA), noyau bien plus gros
que les comètes
- ~ 100 centaurs (Mars 2009) :
http://www.cfa.harvard.edu/iau/lists/Centaurs.html
95P/Chiron
Instabilité orbite de Chiron
centaures
Deux groupes de « couleur » différente
 composition de surface :
- space-weathering (ou activité cométaire)
- différence de composition à l’origine
?
Phoebe (satellite de Saturne)
La découverte du premier TNO (1992)
TNO = Transneptunian Object
KBO = Kuiper Belt Object
 confirmation de la « ceinture de Kuiper »
prédite par les modèles de formation du Syst. Sol., sources des
comètes à courte période (JFC)  KBO
- comme la plupart des TNO il circule entre 40 et 50 ua
 famille des Cubewanos (« QB1’os »)
- mv > 20.0 (télescopes > 2 m), large CCD format, « blink »
- ~1300 TNO (mars 2009) … 70.000 de >100km entre 40-50 ua
□ comets
Δ centaurs
● plutinos 2:3
● classical KBO
(cubewanos+résonants)
● scattered-disk objects (SDO)
1992 QB1 découvert le 14 septembre 1992
par David Jewitt et Jane Luu (Hawaii) mag.
23.5 (1500x plus faible que Pluton) et à 41.2
ua
Instantané du système solaire extérieur (4 mai 2009)
Les familles de TNO
distribution des transneptuniens connus (jusqu’à 70 ua)
Les objets sont classés en fonction de leur orbite en relation à celle de Neptune
- Résonance orbitale 2:3 : plutinos (Pluton), résonance 1:2 : twotinos (1:1 : troyens) (mais aussi 4:5,3:4 etc.) : en rouge
- Les objets non affectés par Neptune connus sont :
- les cubewanos, les plus nombreux (plus de 680), non résonants en bleu orbites ~circulaires entre 42 et 47 ua
forment avec les plutinos les « objets classiques » CKBO (« cold disk » excentricité < 0.1)
- les objets épars (SDO), résidant au delà de la résonance 1:2 , sur des orbites très excentriques (e>0.5) et fortement
inclinées jusqu’à des distances moyennes > 500 UA en gris, forment le scattered disk (« hot disk »)
Les familles de TNO
« hot population»
« Cold population»
Excentricité (e) en fct du demi-grand axe (a)
Les objets > 50 ua ont tous des excentricités élevées, on ne
trouve pas d’objets sur orbite circulaire > 50 ua
 bord « net » de la ceinture de Kuiper
 bord du disque d’accrétion de la nébuleuse solaire ?
Limite trop abrupte et pas assez de masse (0.2 m ) dans un tel
disque pour former des Pluton  KB 100x plus massive dans le
passé ?
Scénario de formation de la Ceinture de Kuiper
Oort Cloud
- Les TNO se forment à partir d’un disque dense aux voisinage
des planètes géantes
- « la migration » des planètes perturbe fortement la distribution
des TNO surtout à l’intérieur de l’orbite de Neptune
Diffusion dans toutes les directions, orbites fortement inclinées
et d’excentricité élevée (« hot population »)
+ formation du nuage de Oort (comètes) à 40-100 103 ua
-Les TNO à l’extérieur de l’orbite de Neptune moins perturbés, ils
sont repoussés et capturés dans les zones de résonances (« cold
population »)
- troncature du disque : fin de l’influence grav. de Neptune ou
perturbation par le passage d’une étoile (~1000 ua)
Ceintures de Kuiper extrasolaires
Large > 50 ua
narrow ~ 30-50 ua
Instantané du Système Solaire externe
● classical KBO
cubewanos
● plutinos 2:3
Corps éjecté de la ceinture
de Kuiper :
□ comètes JFC
Δ centaures
● scattered-disk objects
(SDO)
Uranus
Neptune
Comparaison de taille, albédo et des couleurs des grands transneptuniens
TNOs remarquables
Plutinos (2:3)
- Pluton (2300 km) et Charon + 2 satellites
- Orcus (2004) ~900-1600 km, 1 satellite
- Ixion ~ 600-1060 km
Orcus en bleu, Pluton en rouge, Neptune en gris ; les positions datent d'avril 2006).
Orcus approche son aphélie (en 2019) pendant que Pluton a déjà passé son périhélie et descend
vers l’écliptique.
Eris et Dysnomia
Cubewanos (CKBO)
- (15760) 1992 QB1, qui a donné son nom à cubewano
- Haumea (2003 EL61 , 2005), ~2000-2500 km, plutoïde remarquable pour ses 2 satellites, sa
taille, sa rotation très rapide (3,9 h) et sa densité élevée (2,6-3,3 g/cm³) , plutoïde
- Makemake (2005 FY9, 2005), ~1200-1800 km , plutoïde (planète naine)
- Varuna (2001) ~ 1000 km
Plutoïde = planète naine
- Quaoar (2002) ~ 1280 km, 1 satellite
transneptunienne (24/08/06)
Objets épars (SDO) Scatered disk Objects (> 1:2)
- Éris (2003 UB313 , 2005), « déesse de la discorde » le plus grand transneptunien connu à ce
jour (~2400 km), à ~100 ua (3x dpluton), « 10ème planète », 1 satellite (Dysnomia), plutoïde
- Sedna (2004), ~1200-1700 km remarquable par son orbite très
excentrique l’amenant à ~ 950 ua du Soleil, périhélie 76 ua
(11486 ans) , très rouge  toute une population plus lointaine ?
- 2006 SQ372, l'astéroïde possédant la plus grande aphélie
connue (~2000 ua)
Composition des TNO (photométrie et albédo)
Grande diversité de couleur ! …
Histogramme du gradient de réflectivité spectrale (S’)
Gradient – (ou +) : objet bleu (ou rouge)  Soleil (=0)
Pour S’ > 25% / 1000Å = ultrared matérial
du gris  rouge profond (objets les + rouges du Syst. Sol.)
- diversité de la composition de surface ? Mais Pq ? (40K<T°<50K)
- « resurfacing model » : compétition entre collisions et rayons
cosmiques, mais les gros KBO devrait être plus bleus
Noyaux de comètes moins rouges  activité
… Et grande diversité des albédos !
Les variations de couleurs des KBO ↔
variations d’albedo comètes et troyens  KBO
et centaures  sublimation des glaces à
l’approche de Jupiter (centaures intermédiaires
?)
Pluton et Hauméa (EL61) : surface de glace
fraîche. Instabilité du matériel rouge ?
Composition des TNO (spectroscopie)
• Les « Méthanoïdes »
- CH4 pur solide en surface, objets très
brillants
(Eris)
- CH4 se sublime très vite à T° KB  très
rapide pour les petits objects 
methanoides = gros objets ? Sources
actives (geysers)
(Makemake)
- origine du CH4 ? Low T° and P  CO,
CO2 . Solar nebula sous forme de clathrate
(CH4 piégé dans une cage de cristaux H2O)
ou chimie interne  geysers
Les spectres IR de Pluton, Eris et Makemake (et Triton) sont semblables et dominés par la glace de méthane (CH4)
Composition des TNO (spectroscopie)
• Les « Méthanoïdes »
- CH4 pur solide en surface, objets très
brillants
(Eris)
- CH4 se sublime très vite à T° KB  très
rapide pour les petits objects 
methanoides = gros objets ? Sources
actives (geysers)
(Makemake)
- origine du CH4 ? Low T° and P  CO,
CO2 . Solar nebula sous forme de clathrate
(CH4 piégé dans une cage de cristaux H2O)
ou chimie interne  geysers
Les spectres IR de Pluton, Eris et Makemake (et Triton) sont semblables et dominés par la glace de méthane (CH4)
• « Water worlds »
(Quaoar)
(Haumea)
- glace de H2O détectée à la
surface de bcp de TNO et
centaures (+ Charon)
- glace H2O stable (« bed rock »)
- absorption à 1.5 et 2 μm 
signature H2O
- 1.65 μm H2O à l’état cristallin 
T° ~ 100K (or T°~50K  glace
amorphe par irradiation ~< 107 ans
!)  pq cristallin ? cryovolcanisme,
impacts de micrométéorites
dégage la surface
Tailles, albedo et couleurs des principaux KBO
Eris (2003 UB313) : Albédo de l’ordre de 0.6 à 0.86 .
Diamètre de 2400-3000 km. Surface couverte de méthane
pur (+ azote ?). Période orbitale: 560 ans ( i: 44°).
Makemake (2005 FY9) : Albédo d’environ 0.6. Diamètre
de l’ordre de 1800 km. Surface couverte de méthane pur.
Période orbitale: 307 ans (i: 29°).
Haumea (2003 EL61) : Albédo supérieur à 0.6. Diamètre
de l’ordre de 2000 km. Surface couverte de glace d’eau
cristalline. Forme allongée. Période orbitale: 285 ans (i:
28.2 °). Rotation: 4 heures.
Pluton: Albédo: de l’ordre de 0.6. Diamètre: ~2350 km.
Surface couverte de méthane (pur et dilué dans l’azote),
azote et CO solides.
Charon: Albédo de l’ordre de 0.4. Diamètre: ~1208 km.
Surface couverte de glace d’eau cristalline.
Neptune